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原文传递阻尼器对悬索桥吊索减振效果的数值研究

论文题名：	阻尼器对悬索桥吊索减振效果的数值研究
关键词：	悬索桥梁;桥梁振动;减振阻尼器;模态阻尼比
摘要：	随着悬索桥的跨度不断增大，其吊索的长度也不断增长。由于吊索属于细长结构，其阻尼小、质量轻、频率低的特点，极易在风荷载、桥面或主缆的激励作用下发生大幅振动。本文采用数值方法研究了阻尼器对悬索桥吊索振动的控制效果，主要内容如下：　　⑴采用数值方法，以单根吊索为研究对象，研究了阻尼器支架刚度、阻尼器刚度和吊索弯曲刚度对悬索桥吊索减振效果的影响。首先，推导了支架-阻尼器-吊索系统的运动偏微分方程。其次，采用有限差分方法对支架-阻尼器-吊索系统的运动微分方程进行数值离散求解，与已有的结果验证了方法的可靠性，研究了阻尼器支架刚度、阻尼器刚度和吊索弯曲刚度对无量纲阻尼比曲线、可实现的最优阻尼比及其对应的最优阻尼系数等的影响，研究了阻尼器支架模态质量的影响，并与相关文献结果进行比较。研究结果表明，随着阻尼器支架刚度的减小，能实现的最优阻尼比减小，对应的最优阻尼系数也减小，会影响阻尼器效率，且各阶模态的无量纲阻尼比曲线不一致，阻尼器支架的模态质量对阻尼器效率影响很小；随着阻尼器刚度的增大，能实现的最优阻尼比减小，对应的最优阻尼系数则增大，也会影响阻尼器效率；随着吊索弯曲刚度的减小，能实现的最优阻尼比先减小后增大，对应的最优阻尼系数增大，但是实际悬索桥的吊索弯曲刚度很小，对阻尼器效率的影响可忽略。　　⑵采用数值方法，以平行双吊索为研究对象，研究了双吊索之间安装阻尼器对双吊索系统动力特性的影响。首先，推导了双吊索-阻尼器系统的运动偏微分方程。其次，采用有限差分方法对双吊索-阻尼器系统的运动微分方程进行数值离散求解，研究了双吊索之间安装单个和多个阻尼器情况下，对结构频率、振型和模态阻尼比的影响。研究结果表明：平行双吊索之间安装阻尼器仅能对双吊索反向振型提供模态阻尼，对双吊索同向振型不能提高模态阻尼；在双吊索之间安装阻尼器，能够改变结构振型的排列次序，提高单根吊索的振动频率，对于吊索的振动控制有利，当阻尼器阻尼系数无穷大时，相当于刚性分隔器的作用。　　⑶以四根吊索为研究对象，吊索之间以刚性分隔器连接，在吊索端部安装双阻尼器，以控制吊索的扭转振动。采用ANSYS有限元软件平台，建立了安装刚性分隔器的四根吊索模型，研究了阻尼器对四吊索-分隔器系统扭转振动的控制效果。研究了四吊索-分隔器-阻尼器系统的扭转模态无量纲阻尼比曲线，研究了阻尼器支架刚度和阻尼器刚度对扭转模态无量纲阻尼比曲线、可实现的最优阻尼比及其对应的最优阻尼系数等的影响，结果表明：阻尼器自身刚度和阻尼器支架刚度都会使系统扭转模态阻尼比减小，其无量纲阻尼比曲线与单根吊索-阻尼器系统的无量纲阻尼比曲线相同。
作者：	王世峰
专业：	建筑与土木工程
导师：	李寿英;郭鑫
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文